JoVE Journal > Engineering
Summary
Abstract
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
العربية

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Engineering

البصرية محاصرة من الجسيمات النانوية

Published: January 15, 2013
doi:
10.3791/4424
, , , ,
1Electrical and Computer Engineering,University of Victoria

Summary

نهج الإعداد التالية تفاصيل منخفضة محاصرة الطاقة الضوئية من عازلة النانوية باستخدام مزدوج nanohole في فيلم معدنية.

Abstract

محاصرة البصرية هي تقنية لشل حركة والتلاعب الأشياء الصغيرة بطريقة لطيفة باستخدام الضوء، وقد تم تطبيقه على نطاق واسع في محاصرة الجسيمات البيولوجية والتلاعب الصغيرة. Ashkin وزملاء العمل الأوائل أثبتوا ملاقط بصرية باستخدام شعاع واحد ركز 1. ويمكن وصف في فخ شعاع واحد بدقة باستخدام القوة الانحدار perturbative صياغة في حالة الجسيمات الصغيرة رايليغ النظام 1. في النظام perturbative، والطاقة الضوئية اللازمة لمحاصرة الجسيمات على جداول كقوة الرابع عكس حجم الجسيمات. يمكن القوى البصرية مرتفع قد يضر الجسيمات عازلة وتسبب التدفئة. على سبيل المثال، تم تدمير المحاصرين المجالات اللاتكس من 109 نانومتر في القطر من قبل شعاع ميغاواط 15 في 25 ثانية 1، الذي له آثار خطيرة على المسألة البيولوجية 2،3.

واقترح الذاتي الناجم عن العودة للعمل (SIBA) إلى اعتراض البصرية محاصرة 50 نانومتر المجالات البوليسترين فيغير perturbative النظام 4. في نظام عدم perturbative، يمكن حتى الجسيمات الصغيرة مع تباين السماحية قليلا إلى خلفية تؤثر بشكل كبير على المجال الكهرومغناطيسي المحيطة وتحفز على قوة كبيرة البصرية. كما جسيم يدخل الفتحة المضاءة، نقل الضوء يزيد بشكل كبير بسبب التحميل عازلة. إذا كانت الجسيمات يحاول مغادرة الفتحة، ونقل انخفضت يؤدي إلى تغيير في الخارج الزخم من الحفرة و، من خلال قانون نيوتن الثالث، والنتائج في قوة على الداخل الجسيمات في الحفرة، ومحاصرة الجسيمات. ويمكن رصد نقل الضوء، وبالتالي، في فخ يمكن أن تصبح أجهزة الاستشعار. ويمكن للتقنية محاصرة SIBA تحسينها باستخدام هيكل مزدوج nanohole.

وقد تبين الهيكل المزدوج nanohole لإعطاء مجال تعزيز قوية المحلية 5،6. بين النصائح اثنين الحاد للnanohole المزدوج، يمكن للجسيمات صغيرة تحدث تغييرا كبيرا في transmissio البصريةن، الأمر الذي أدى بالتالي قوة كبيرة البصرية. ونتيجة لذلك، يمكن المحاصرين أصغر الجسيمات النانوية، مثل 12 نانومتر المجالات سيليكات 7 و 3،4 نانومتر نصف قطرها الهيدروديناميكية البقري ألبومين المصل البروتينات 8. في هذا العمل، ويرد تكوين التجريبية المستخدمة لمحاصرة جسيمات متناهية الصغر. أولا، نحن التفصيل جمعية الإعداد محاصرة الذي يقوم على ملقط Thorlabs كيت الضوئية. المقبل، ونحن شرح الإجراء nanofabrication من nanohole المزدوج في فيلم المعادن، وتصنيع الدائرة ميكروفلويديك وإعداد العينة. وأخيرا، فإننا التفاصيل الإجراء الحصول على البيانات وتقديم نتائج نموذجية لمحاصرة 20 nanospheres البوليسترين نانومتر.

Protocol

ويتضح مبدأ هذه التقنية الملائمة SIBA في الشكل 1. الشكل 2 هو التخطيطي من الإعداد التجريبية. 1. إعداد تعويض اللون البصرية لهذا الجزء من الإجراء، راجع إلى عدة محاصرة البصرية دليل 9 أو قياس القوة البصرية دليل الوحدة (10) للحصول على تفاصيل حول إعداد مجموعات. لاحظ أن يتم استخدام الثنائي الضوئي أفالانش (APD) بدلا من الكشف عن موقف رباعي. مسامير ليست مدرجة في المجموعة الملائمة البصرية، واستخدام تلك الموجودة في المكسرات سقف وعدة أجهزة (Thorlabs، HW-KIT2). يجب ارتداء حماية العين في جميع الأوقات عندما ليزر على. تأكد من يرد شعاع داخل منطقة آمنة وزينة العاكسة، مثل المجوهرات، ينبغي تجنبها. أيضا، كهرباء حماية التفريغ ينصح عند التعامل مع الثنائيات الليزر. إعداد عدة منتاش الضوئية (Thorlabs، OTKB / M) والاتفاقات البيئية المتعددة الأطراف القوةurement وحدة (Thorlabs، OTKBFM) وفقا لأدلة كل منهما. ويستخدم الثنائي الضوئي أفالانش القائمة على السيليكون (APD) (Thorlabs، APD110A) بدلا من وحدة قياس القوة في (Thorlabs، OTKBFM) رباعي للكشف عن الموقف. توصيل APD إلى الذبذبات (Tektronics، TDS1012) عن طريق كابل متحد المحور. إضافة لوحة نصف موجة (Thorlabs، AHWP05M-980) المتوسع شعاع داخل. ثبتت لوحة نصف موجة أنابيب بين العدسة اثنين (Thorlabs، SM1L03). 2. Nanofabrication قطع شريحة اختبار الذهب المطلي (EMF كورب، CR / الاتحاد الافريقي) إلى أربع قطع مماثلة. كبديل لشرائح المتاحة تجاريا، وقد استخدمنا أيضا فيلم 100 نانومتر الاتحاد الافريقي بطبقة سميكة 2 نانومتر التصاق تي أودعتها البريد شعاع ترسب على شريحة زجاجية مربعة 1 بوصة في درجة حرارة الركيزة مرتفعة من C ° 200 لفي لا يقل عن 1 ساعة. هذا ينتج فيلم الكريستالات على نحو سلس. إنشاء صورة نقطية لهيكل مزدوج nanohole كمدخل لوتركز أيون شعاع (FIB) هو نظام نقطية. الصورة تتكون من دائرتين الصلبة، 160 نانومتر في القطر مع مركز لمسافة من 190 مركز نانومتر. هذا القالب بإنشاء فصل غيض من حوالي 15 نانومتر. بين الدوائر، يمكن وضع خط رفيع اختياري لإزالة بقايا أي معدن في بين النصائح. الشكل 3A يظهر صورة نقطية سبيل المثال. افتعال الهيكل المزدوج nanohole باستخدام FIB (هيتاشي، FB-2100) نظام الطحن. تحويل الصورة النقطية في الخطوة 2.2 في نمط طحن FIB (يحصل المضروب على منطقة مظلمة في الصورة النقطية من قبل FIB). استخدام الجهد أيون من 40 كيلو فولت تسريع، شعاع الحد من فتحة قطرها ميكرون 15 مرات أقل من 60 K التكبير. مطحنة يمر 80 لكل nanohole المزدوج مع الوقت الجرعة 5 μsec على كل مرور. يوضح الشكل 3B هيكل نموذجي الناتجة عن ذلك. كرر حسب الحاجة. وينبغي بذل nanoholes متعددة للسماح للأخطاء. إضافة علامات تسجيل، وذلك باستخدام إما وFIB / أو حوللإشارة إلى الموقع التقريبي للنقرا مزدوجا nanohole (ق). اختياريا، التقاط صورة SEM من الثقوب بدقة لتقييم جودة هيكل وفصل الإكراميات. 3. غرفة ميكروفلويديك ويرد مخطط تدفق عملية لانتاج غرفة ميكروفلويديك في الشكل 4. صب 10 غرام من polydimethylsiloxane (PDMS) قاعدة (داو كورنينج كندا، Sylgard إلاستومر سيليكون 184 قاعدة) ومبلغ إضافي 1 غرام من وكيل علاج (داو كورنينج كندا، Sylgard إلاستومر سيليكون 184 عامل علاج) في كوب التخلص منها. مزيج لبضع دقائق. إخلاء الخليط في فراغ الغرفة حتى تختفي جميع الفقاعات. صب 1.5 غرام من PDMS في طبق بتري قطرها 9 سم. تدور معطف PDMS على الجزء السفلي من طبق بتري في 950 دورة في الدقيقة لمدة 65 الشكل. ثوانى يظهر 4B النتيجة. سمك ليست حرجة، طالما أنه هو أقل من 80 ميكرون، وفيلم الذهب ضمن الاهداف المجهر أسفله لمسافة العمل. بلطف مكان 3-5 # 1.5 coverslips (فيشر العلمية، 12-541-B) على PDMS بحيث لا تتداخل وإجلاء لمدة 30 دقيقة كما هو موضح في الشكل 4C. إذا انتقلت coverslips ومكدسة واحدة على رأس كل منهما الآخر أثناء نقلهم، نقل بلطف أجبرتها على الفرار بعضها البعض. ويجب اتخاذ الحذر للحفاظ PDMS رقيقة تحت coverslips وموحدة. إذا كان مطلوبا من التلاعب coverslips، إخلاء طبق بتري مرة أخرى لمدة 30 دقيقة. إزالة طبق بتري من فراغ الغرفة ويطهى على طبق ساخن لمدة 20 دقيقة في 85 درجة مئوية. باستخدام شفرة حلاقة، وقطع من أصل واحد من الغطاء ينزلق ثم حدق بلطف حتى الشريحة باستخدام ملاقط تلميح غرامة. وهناك طبقة رقيقة من PDMS البقاء على ساترة كما PDMS هو أكثر لاصقة على الزجاج زلة غطاء من طبق بتري PMMA كما في الشكل 4E. قطع ل3 × 3 مم نافذة في PDMS مع شفرة حلاقة كما في الشكل 4F. وسوف تشكل هذه النافذة غرفة حيث نسيتم الاحتفاظ حل anoparticle. 4. تحضير العينة افتعال شريحة المجهر مع وجود ثقب قطره ¾ "في مركز باستخدام الاكريليك. ويمكن تحقيق ذلك مع قطع الليزر، ويمكن استخدام مواد أخرى أيضا. سيتم وضع نموذج الذهب داخل الحفرة. الشريط محيط الحفرة مع الشريط جانب ومزدوجة. استخدام شفرة حلاقة لقطع الشريط الزائد. مكان المجهر الشريحة إلى ساترة، PDMS مواجهة. تمييع الحل nanosphere البوليسترين (الحرارية العلمية، 3020A) من 1٪ ث / ت إلى 0.05٪ W / V باستخدام الماء منزوع الأيونات. ويمكن استخدام micropipette. إضافة بضع قطرات من محلول في إطار PDMS. إضافة إلى انخفاض الذهب العينة حيث توجد nanoholes. عينة مكان الذهب على رأس هذه coverslips أن nanoholes هي داخل إطار PDMS. جعل متأكد من فقاعات ليست موجودة داخل الغرفة. اضغط الذهب عينة ضد ساترة والداب أي حل الزائدة. إذا باستخدام الغمر النفط الهدف (كما هو الحال هنا، ولكن ليس من الضروري)، إضافة قطرة من زيت الغمر على الجانب الآخر من ساترة، تحت نافذة PDMS. يحيط علما موقع nanoholes. إدراج شريحة المجهر في حامل الشرائح وزيت أسفل، ومن ثم انخفاض النفط حتى حامل الشرائح الغمر يجعل الاتصال مع الهدف المجهر. محاذاة تقريبا مرحلة الشريحة بحيث تكون علامات مؤشر تحت الهدف. متابعة خطوط مؤشر المؤدية إلى nanoholes. الشريحة مثل هذا الموقف أن يتم مسح علامات المؤشرات وغيرها من المناطق المفتوحة من وسط الشاشة. يمكن أن الإفراط في نقل الضوء إلى تلف APD. بدوره على الليزر. كما المرآة مزدوج اللون ليست مثالية، ينبغي بقعة بالقرب من وسط الشاشة من شعاع الليزر تظهر. استخدام عنصر تحكم بيزو برامج المرحلة، زيادة تحسين المواءمة على جميع المحاور الثلاثة. 5. الحصول على البيانات مع هيلف من علامات المؤشر، موقف بقعة قريبة من مكان nanohole المعروفة. فإن nanoholes تكون صغيرة جدا لحلها ويجب أن تظهر على شكل بقع فقط. يشار إلى انتقال الضوء من خلال العينة من مستوى إشارة على الذبذبات. محاذاة مزيد من العينة من أجل تعظيم نقل الضوء. كن حذرا من العلامات والخدوش المؤشر مرئية وغير مرئية، كما نقل الضوء سيكون عاليا في هذه المجالات. سوف تظهر Nanoholes يقفز فجأة في نقل الضوء في حين تظهر الخدوش تغييرات أكثر تدرجا. باستخدام waveplate، ضبط الاستقطاب ضوء لنقل الضوء أعلى بوصفه الهيكل المزدوج nanohole هو المستقطب. للحد من الضوضاء، وبناء عامل تصفية RC مع اللوح، 200 أوم المقاوم و 100 مكثف الجبهة الوطنية وتوصيله بعد APD عن طريق كابل متحد المحور. ويمكن تعديل هذه القيم للحصول على أفضل أداء، والنظر في عرض النطاق الترددي من الحصول على البيانات المطلوبة. الاتصال الذبذبات ومكتسبات البياناتition وحدة (أوميغا، USB-4711A) لتصفية RC مع الكابلات المحورية ومحول T. عينة من الجهد لAPD باستخدام وحدة جمع البيانات للمرة المطلوب. وعادة ما تكون حيازة مرات في مئات ثواني. في هذه الحالة، تم استخدام مجموعة من البرامج المخصصة للحصول على البيانات. يتم أخذ عينات من الجهد في 2000 مرة في الثانية الواحدة. باستخدام ماتلاب، تصفية البيانات المكتسبة باستخدام فلتر Savitzky-غولي وذلك مقابل رسم الوقت على الرسم البياني.

Representative Results

ويرد أثر اكتساب نموذجية في الشكل 5A. A الحدث هو محاصرة المفاجئ مميز، مع حافة حادة، مما يدل على التحول واضحا بين مستويين طاقة الإرسال. كما الجزيئات تخضع لحركة البراونية، فإن الأحداث محاصرة تحدث عشوائيا. للجسيمات نانومتر 20، وكانت التغييرات انتقال من محاصرة عادة حوالي 5-10٪ والأوقات الملائمة، حول 10-300 ثانية. الوقت النموذجي لتحقيق الحدث محاصرة للسلطة والتركيز المبينة أعلاه هي بناء على أمر من دقيقة واحدة. بسبب عائق الفراغية أنه من غير المألوف أن نرى متعددة في وقت واحد محاصرة الجسيمات، على الرغم من مرة واحدة يتم تحرير الجسيمات، ويتبع عادة من قبل الحدث محاصرة اللاحقة. اعتمادا على نوعية النتائج، قد يكون هناك بعض الزيادة في إشارة الضوضاء في ولاية المحاصرين. هذه الزيادة الضوضاء يأتي من الحركة البراونية للجسيمات المحاصرين. دون الجسيمات المحاصرين، وهذا مصدر الضوضاء غير موجود. _content "قد> بعض القطع الأثرية تظهر في النتائج التي ليست دليلا على الأحداث محاصرة. النتائج تظهر الانجراف، والتغيرات بطيئة في نقل على مدى فترة من دقيقة كما هو مبين في الشكل 5B، وينبغي التخلص منها. غيرها من الأعمال الفنية أيضا قد تكون موجودة مثل كما نقل التغييرات غير متناسقة، أو محاصرة الضوضاء المفرطة على الإطلاق، فعلى سبيل المثال، يمكن أن يسبب فقاعات يقفز كثافة متقطعة إذا لم يتم توخي الحذر لضمان أن الغرفة هي فقاعة خالية. وهذه الفقاعات تستجيب بشكل مختلف لمحاصرة الأحداث من حيث ديناميكية السلوك وكثافة التغيير، وبحيث تكون التعرف عليه بسهولة. يمكن أن يكون سبب هذه الأعراض من بنية مزدوجة nanohole الفقراء، والملوثات أو الاهتزازات الميكانيكية. ينصح بشدة A هادئة ومنخفضة النشاط الإعداد لوضع هذا الإعداد. أيضا، مما يسمح ليزر و يمكن مرحلة لتسوية بضع دقائق بعد مواءمة المساعدة ايضا. s/ftp_upload/4424/4424fig1.jpg "/> الشكل 1 Subwavelength نقل الفتحة البصرية: أ) دون الجسيمات؛ ب) نقل بسبب زيادة الجسيمات عازلة؛ ج) إذا محاولات لترك الجسيمات، وانخفاض في ضوء الزخم (ΔT) سوف يسبب قوة (F) على الجسيمات ل. تسحبه مرة أخرى في حفرة؛ د) الحمراء المتغيرة للانتقال منحنى الناجمة عن الجسيمات، مما يؤدي إلى تغيير في ΔT الإرسال. الشكل 2 تخطيطي) عموما من محاصرة الإعداد، يظهر توسيع دائرة حمراء في ب)، ب) توسيع تبين نقرا مزدوجا nanohole، وnanospheres داخل غرفة PDMS؛ ج) SEM صورة للهيكل مزدوج nanohole. المختصرات المستخدمة: LD = ليزر ديود؛ ODF = الكثافة البصرية مرشح؛ HWP = نصف موجة لوحة، وأن يكون شعاع المتوسع =؛ MR = مرآة؛ MO = الهدف المجهر؛ OI = MO النفط إميرسيون الهدف المجهر؛ DH = نقرا مزدوجا nanohole؛ APD = أفالانش photodetector. الشكل 3 مثال صورة نقطية) الرقم المستخدمة في تصنيع FIB؛ ب) صورة SEM لnanohole المزدوج. الشكل 4. مخطط عملية لانتاج غرفة ميكروفلويديك. الشكل 5 (أ) من اقتناء النموذجية محاصرة الأحداث مع 20 نانومتر المجالات البوليسترين. (ب) حيازة الفقراء تظهر الانجراف الحاد.

Discussion

ذلك أن النظام الحالي لديه قدرات محاصرة فعالة نظرا لهيكل nanohole. هذه الفخاخ nanohole الجسيمات عازلة ~ 10 نانومتر النطاق في شدة الضوئية منخفضة. الفخاخ رواية أخرى تشمل هوائيات الضوئية البصرية ثنائي القطب 11، يهمس-معرض وضع مرنانات الدليل الموجي البصري و12،13 14؛ ومع ذلك، فإنها عادة ما تعمل في النظام perturbative، والتي تحد من التوسع المرتبة الرابعة معكوس القوة البصرية المطلوبة مقابل الجسيمات حجم، على عكس SIBA وفخ مزدوج nanohole. كما تم الأشكال البديلة المقدمة للالفتحة الملائمة، مثل ثقب النانو في plasmonic مستطيلة 15. الصفات مواتية أخرى يتضح من الحفرة المزدوجة، nanohole تشمل السلوك الانتقائي حجم الجسيمات 7، موقع محاصرة واحد (للحد من الجسيمات محاصرة متعددة) وسهولة تصنيع 16. كبديل لاستخدام FIB، يمكن ملفقة المزدوج nanoholes باستخدام طبع الغرويةY 6.

محاصرة المواد البيولوجية من الاستقطاب الكبيرة وحجم البكتيريا وشملت 3، الخلايا الحية 17،2،18، وفيروس تبرقش التبغ والتلاعب 3 وتمتد من خيوط DNA المربوطة في نهايات مع جزيئات كبيرة عازلة 19؛ ومع ذلك، محاصرة مباشرة من أصغر العينات البيولوجية دون الربط يظل تحديا. هذا التكوين محاصرة قادرة على محاصرة الجسيمات الصغيرة عازلة في ضوء انخفاض شدة الضوء من ملاقط التقليدية وnanohole دائرية، مما يسمح للجزيئات التي ستعقد البيولوجية الصغيرة لفترات طويلة من الزمن دون حدوث تلف أو الربط. أيضا، الأحداث التي وقعت محاصرة يحمل إشارة إلى ارتفاع نسبة الضوضاء مما يتيح هذا الإعداد للعمل كجهاز استشعار حساسة وكشف جسيمات أصغر البيولوجية، مثل الفيروسات والبروتينات. في الواقع، 20 نانومتر المجالات البوليسترين لديها معامل الانكسار 1.59 وهو مشابه لجسيمات أصغر البيولوجيةمثل الفيروسات. يمكن أن تصبح هذه الطريقة تقنية موثوقة وناضجة لتجميد والتلاعب النانوية، بما في ذلك الجزيئات البيولوجية.

تطبيقات هذه التقنية تشمل الاندماج في بيئة ميكروفلويديك. بدلا من غرفة واحدة وميكروفلويديك، ستستخدم قناة للتحكم بشكل حيوي البيئة، مثالية للاستشعار عن معامل الانكسار. ويحدد هذا الإعداد في رقاقة واحدة على ميكروفلويديك مما أدى إلى الإعداد أكثر استقرارا وقوة وأسرع تحليل المواد المذابة. وثمة خيار آخر هو تطوير نظام الكشف عن مضان لتوصيف الفيروسات الفلورسنت الموسومة احد، أشباه الموصلات الكم النقاط والبروتينات الفلورية الخضراء. هذا الإعداد أيضا إمكانية التعديل في المجس البيولوجي للفيروس واحد أو البروتين، مما يسمح بتحليل عينات صغيرة جدا. واكتشاف المخدرات 21 و الكشف عن المرض والعدوى 22 الاستفادة من جهاز الكشف عن بروتين واحد. رامان جمعية مهندسي البتروليمكن إدراجها ctroscopy للكشف عن اشارات رامان من الجسيمات والأحداث ملزمة واحدة. هيكل مزدوج يسمح nanohole قوية تحسينات ميدانية محلية في نصائح، مناسبة لرامان الطيفي تلميح محسنة 23. ومن شأن تسمية محددة للغاية خالية من طريقة توصيف المواد يكون من الممكن أيضا استخدام رامان الطيفي 24.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

نعترف Thorlabs لرعاية هذا المنشور وبتمويل من العلوم الطبيعية والهندسة مجلس البحوث (NSERC) في كندا ديسكفري المنحة. نشكر برايس وسير دوغلاس Rennehan للحصول على المساعدة في إنتاج هذه المادة من صنع الفيديو.

Materials

Name Manufacturer Serial Number Comments
Immersion Oil Cargille Labs 16484 Quantity: 1
Sylgard 184 Silicone Elastomer Kit Dow Corning Canada   Quantity: 1
Contains both PDMS base and curing agent
Gold Coated Test Slides EMF Corp Cr/Au Quantity: 1
A Ti adhesion layer can be used as well
No 1.5 Coverslips Fisher Scientific 12-541-B Quantity: 1
Focused-Ion Beam System Hitachi FB-2100  
Portable Data Acquisition Module Omega Engineering USB-4711A Quantity: 1
Linear Stage Parker 4034M Quantity: 1
Laser Diode Head and Controller Sacher Lasertechnik Group TEC 120 Quantity: 1
Manual Tunable Littrow Laser System
Digital Oscilloscope Tektronics TDS1012 Quantity: 1
20 nm Nanosphere Size Standards Thermo Scientific 3020A Quantity: 1
1″ Lens Mount Thorlabs LMR1 Quantity: 1
0.3″ Lens Tube Thorlabs SM1L03 Quantity: 2
Absorptive ND 4.0 Filter Thorlabs NE40A Quantity: 1
Aluminum Breadboard Thorlabs MB1824 Quantity: 1
Avalanche Photodiode Thorlabs APD110A Quantity: 1
Digital Optical Power Meter Thorlabs PM100 Quantity: 1
Obsolete, others will do
Force Measurement Module Thorlabs OTKBFM Quantity: 1
Kinematic Mirror Mount Thorlabs KM200-E03 Quantity: 1
With Near IR Laser Quality Mirror
Laser Diode Constant Current Driver Thorlabs LD1255R Quantity: 1
LD1255 Optical Table Mounting Plate Thorlabs LD1255P Quantity: 1
Mounted Achromatic Half-Wave Plate Thorlabs AHWP05M-980 Quantity: 1
690 – 1200 nm
Optical Tweezer Kit Thorlabs OTKB/M Quantity: 1
Metric or Imperial
Post Holder Base Thorlabs BA2 Quantity: 2
Power Supply Thorlabs PS-12DC-US Quantity: 1
Power Supply Cable Thorlabs LD1255-CAB Quantity: 1
Right Angle Plate Thorlabs AP90 Quantity: 1
Right Angle Post Clamp Thorlabs RA90 Quantity: 1
Stainless Steel Optical Post Thorlabs TR3 Quantity: 1
Table Clamp Thorlabs CL1 Quantity: 2
Obsolete, others will do
Thermal Sensor Thorlabs PM210 Quantity: 1
For digital optical power meter
100 pF Capacitor Quantity: 1
Any brand, not critical
200 KOhm Resistor Quantity: 1
Any brand, not critical
Acrylic Sheet Quantity: 3″ x 1″
Any brand, not critical
Assortment of coaxial cables, wires and connectors As needed
Breadboard Quantity: 1
Any brand, not critical
Concave Lens Quantity: 1
Any brand, not critical
Diamond Cutter Quantity: 1
Any brand, not critical
Double Sided Tape Any brand, not critical
Razor Blade Quantity: 1
Any brand, not critical
Tweezers Quantity: 1
Any brand, fine tipped
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Ashkin, A., Dziedzic, J. M., Bjorkholm, J. E., Chu, S. Observation of a single-beam gradient force optical trap for dielectric particles. Opt. Lett. 11, 288-290 (1986).
  2. Liu, Y., et al. Evidence for localized cell heating induced by infrared optical tweezers. Biophys. J. 68, 2137-2144 (1995).
  3. Ashkin, A., Dziedzic, J. M. Optical trapping and manipulation of viruses and bacteria. Science. 235, 1517-1520 (1987).
  4. Juan, M. L., Gordon, R., Pang, Y., Eftekhari, F., Quidant, R. Self-induced back-action optical trapping of dielectric nanoparticles. Nature Phys. 5, 915-919 (2009).
  5. Jin, E. X., Xu, X. F. Enhanced optical near field from a bowtie aperture. Appl. Phys. Lett. 88, 153110 (2006).
  6. Onuta, T. -. D., Waegele, M., DuFort, C. C., Schaich, W. L., Dragnea, B. Optical field enhancement at cusps between adjacent nanoapertures. Nano Lett. 7, 557-564 (2007).
  7. Pang, Y., Gordon, R. Optical trapping of 12 nm dielectric spheres using double-nanoholes in a gold film. Nano Lett. 11, 3763-3767 (2011).
  8. Pang, Y., Gordon, R. Optical trapping of a single protein. Nano Lett. 12, 402-406 (2012).
  9. Righini, M., et al. Nano-optical trapping of rayleigh particles and escherichia coli bacteria with resonant optical antennas. Nano Lett. 9, 3387-3391 (2009).
  10. Arnold, S., et al. Whispering gallery mode carousel – a photonic mechanism for enhanced nanoparticle detection in biosensing. Opt. Express. 17, 6230-6238 (2009).
  11. Lin, S., Schonbrun, E., Crozier, K. Optical manipulation with planar silicon microring resonators. Nano Lett. 10, 2408-2411 (2010).
  12. Yang, A. H. J., et al. Optical manipulation of nanoparticles and biomolecules in sub-wavelength slot waveguides. Nature. 457, 71-75 (2009).
  13. Chen, C., et al. Enhanced optical trapping and arrangement of nano-objects in a plasmonic nanocavity. Nano Lett. 12, 125-132 (2012).
  14. Lyer, S., Popov, S., Friberg, A. T. Impact of apexes on the resonance shift in double hole nanocavities. Opt. Express. 18, 193-203 (2010).
  15. Ashkin, A., Dziedzic, J. M., Yamane, T. Optical trapping and manipulation of single cells using infrared laser beams. Nature. 330, 769-771 (1987).
  16. Liu, Y., Sonek, G. J., Berns, M. W., Tromberg, B. J. Physiological monitoring of optically trapped cells: Assessing the effects of confinement by 1,064 nm laser tweezers using microfluorometry. Biophys. J. 71, 2158-2167 (1996).
  17. Wang, M. D., Yin, H., Landick, R., Gelles, J., Block, S. M. Stretching dna with optical tweezers. Biophys. J. 72, 1335-1346 (1997).
  18. Yu, D., Blankert, B., Viré, J. C., Kauffmann, J. M. Biosensors in drug discovery and drug analysis. Anal. Lett. 38, 1687-1701 (2005).
  19. Luppa, P. B., Sokoll, L. J., Chan, D. W. Immunosensors-principles and application to clinical chemistry. Clin. Chim. Acta. 314, 1-26 (2001).
  20. Min, Q., Santos, M. J. L., Girotto, E. M., Brolo, A. G., Gordon, R. Localized raman enhanced from a double-hole nanostructure in a metal film. J. Phys. Chem. C. 112, 15098-15101 (2008).
  21. Weber-Bargioni, A., et al. Hyperspectral nanoscale imaging on dielectric substrates with coaxial optical antenna scan probes. Nano Lett. 11, 1201-1207 (2011).

Tags

Optical TrappingNanoparticlesImmobilizingManipulatingGentle WayLightOptical TweezersFocused BeamPerturbative Gradient Force FormulationRayleigh Regime ParticlesOptical PowerDielectric ParticlesHeatingSelf-induced Back-action (SIBA) Optical TrappingPolystyrene SpheresNon-perturbative RegimePermittivity ContrastElectromagnetic FieldOptical Force

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Bergeron, J., Zehtabi-Oskuie, A., Ghaffari, S., Pang, Y., Gordon, R. Optical Trapping of Nanoparticles. J. Vis. Exp. (71), e4424, doi:10.3791/4424 (2013).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image